JAVA图像处理详解
2007-08-10 17:03
如果你对图像处理感兴趣，而且需要使用GIF、JPEG和PNG以外的其它图像格式，或者希望改善JPEG图像处理的性能但不知道到哪里寻适当的方法， 或者需要通过几何运算（包括非线性变换）来处理图像，不必再为此苦恼了，答案就在这里——来自Sun公司的Java高级图像处理API和JAI图像I/O API 1.0 RC。 JAI API是Java Media API的一部分，与之相伴的还包括Java 2D API、Java 3D API、Java Speech API和其他一些API。Java高级图像处理API是作为Java规范请求（JSP）34的一部分而开发的，是对J2SE version 1.3+版的扩展，主要用于处理图像。最初发布的版本是1.0，JDC（Java Developer Connection）提供了一个预览版1.1.2 beta。（最新进展情况请查阅README.html文件。）与AWT和Java 2D相比，JAI API提供了更丰富的图像处理，包括对许多通用图像操作的内在支持。
不过本文的目的不是讨论JAI API，而是伴随这些API但分离到它自己的可安装库中的一组图像读写器（codec）类，即Java高级图像处理图像I/O工具1.0 RC。该RC提供了可以插接到J2SE 1.4的图像I/O框架上的一些功能。作为JSR-15一 部分而开发的图像I/O API提供了一个支持不同图像格式的可插拔框架。标准J2SE 1.4版本身支持GIF、JPEG和PNG图像格式，而JAI图像I/O RC则提供了更多主流图像格式的编码解码器。只要加上针对操作平台的适当版本，以前开发的应用程序就可以处理这些新的图像格式。
要理解JAI图像I/O工具的使用，需要首先了解图像I/O库。在安装和介绍图像I/O工具包之前，我们先看一看图像I/O库。
图像I/O库
图像I/O库是J2SE 1.4的标准API，放在javax.imageio包内。虽然这个包提供了两个接口和9个类，整个API实际上就是ImageIO类。通过这个类可以弄清读写所支持的图像格式并对这些图像进行读写，实际上这也就是整个API的全部内容。
由于图像I/O库是一个可插拔的框架，所支持的图像格式集不是固定不变的。尽管随J2SE 1.4发布了一些标准格式，但任何人都可以增加新的支持格式。要查看有哪些格式可用，可以使用下面的代码：
[pre]import javax.imageio.*;
import java.util.Arrays;[/pre][pre]public class GetFormats {
public static void main(String args[]) {
String readFormats[] = ReaderMIMETypes();
String writeFormats[] = WriterMIMETypes();
System.out.println("Readers: " +
Arrays.asList(readFormats));
System.out.println("Writers: " +
Arrays.asList(writeFormats));
}
}[/pre]运行该程序，你会发现这个库支持读取GIF、JPEG和PNG图像，也支持写JPEG和PNG图像，但是不支持写GIF文件。
除 了与像image/jpeg这样的MIME类型协同工作外，ImageIO类还允许通过getReaderFormatNames和 getWriterFormatNames方法使用JPEG这样的非正式名称。此外，通过getImageReadersBySuffix和 getImageWritersBySuffix还可以了解是否存在针对特定文件扩展名的reader/writer存在。
利用 ImageIO类，你所要做的事情不过是读javax.imageio.stream.ImageInputStream、 java.io.InputStream、java.io.File或者java.URL，结果会得到一个 java.awt.image.BufferedImage。一旦拥有了BufferedImage，你就可以指定需要的格式名把图像写回去。（不仅仅是 BufferImage，任何实现RenderedImage接口的类都可以写。）新的格式既可以与读取的格式相同，也可以是不同的格式以便进行格式转 换。如果指定的格式没有可用的writer，那么write方法就返回false，否则如果到了相应的writer就返回true。
[pre]String inputFilename = ...;
BufferedImage image = ad(inputFilename);
...
String formatName = "jpg"; // desired format
String outputFilename = ...;
File outputFile = new File(outputFilename);
boolean writerExists = ImageIO.write(image,
formatName, outputFile);[/pre]为了说明图像I/O库的用法，下面的例子使用JFileChooser提示输入图像文件名。选中文件后再选择目标输 出格式，然后按下“Save（保存）”按钮。保存完成后，将重新读取图像并在一个新窗口内显示。
import java.awt.*;
import java.awt.event.*;
import java.awt.image.*;
import javax.swing.*;
import java.io.*;
import java.*;
import javax.imageio.*;
[pre]public class Converting extends JFrame {
JLabel promptLabel;
JTextField prompt;
JButton promptButton;
JFileChooser fileChooser;
JComboBox comboBox;?
JButton saveButton;?
public Converting() {
super("Image Conversion");
setDefaultCloseOperation(EXIT_ON_CLOSE);
Container contentPane = getContentPane();
JPanel inputPanel = new JPanel();
promptLabel = new JLabel("Filename:");
inputPanel.add(promptLabel);
prompt = new JTextField(20);
inputPanel.add(prompt);
promptButton = new JButton("Browse");
inputPanel.add(promptButton);
contentPane.add(inputPanel, BorderLayout.NORTH);[/pre][pre] fileChooser = new JFileChooser();
promptButton.addActionListener(
new ActionListener() {
public void actionPerformed(ActionEvent e) {
int returnValue =
fileChooser.showOpenDialog(null);
if (returnValue ==
JFileChooser.APPROVE_OPTION) {
File selectedFile =
SelectedFile();
if (selectedFile != null) {
prompt.AbsolutePath());
}
}
}
}
);[/pre][pre] JPanel outputPanel = new JPanel();
String writerFormats[] =
WriterFormatNames();
ComboBoxModel comboBoxModel = new
DefaultComboBoxModel(writerFormats);
comboBox = new JComboBox(comboBoxModel);
outputPanel.add(comboBox);
saveButton = new JButton("Save");
outputPanel.add(saveButton);
saveButton.addActionListener(
new ActionListener() {
public void actionPerformed(ActionEvent e) {
try {
String name = Text();
File file = new File(name);
if (ists()) {
BufferedImage image =
URL());
if (image == null) {
println("Invalid input
file format");
} else {
String selection =
(SelectedItem();
String outputFilename = name +
"." + selection;
File outputFile = new File(outputFilename);
boolean found = ImageIO.write(image,
selection, outputFile);
if (found) {
JDialog window = new JDialog();
Container windowContent =
ContentPane();
BufferedImage newImage =
ad(outputFile);
JLabel label = new JLabel(new
ImageIcon(newImage));
JScrollPane pane = new
JScrollPane(label);
windowContent.add(pane,
BorderLayout.CENTER);
window.setSize(300, 300);
window.show();
} else {
println("Error saving");
}
}
} else {
println("Bad filename");
}
} catch (MalformedURLException mur) {
println("Bad filename");
} catch (IOException ioe) {
println("Error reading file");
}
}
}
);[/pre][pre] contentPane.add(outputPanel, BorderLayout.SOUTH);[/pre][pre] }
public static void main(String args[]) {
JFrame frame = new Converting();
frame.pack();
frame.show();
}
}[/pre] 注意，该程序没有硬编码任何文件类型，而是询问图像I/O框架支持哪些文件类型。安装Java高级图像处理图像I/O工具RC后，还可以重新运行该程序， 你将会看到更多的存储格式。读取其它格式的图像基本上无需改变代码也能工作，用户只要选择不同的文件类型就可以了。
注意：图像I/O库中的内容比这里说明的要多得多。比方说可以通过写图像的参数设置压缩率，或者用读写进度监视器来监听事件。关于图像I/O用法的更多信息，请参阅Java Image I/O API Guide。
Java高级图像处理图像I/O工具包1.0概览
这 就引出了本文要讨论的主题，Java高级图像处理图像I/O工具包1.0（RC）。JAI图像I/O工具主要用于为J2SE1.4的图像I/O库提供更多 的图像readers/writers（编码解码器codecs）。只要运行时平台安装了该工具，你的程序就能够支持这些新的编码解码器。
JAI图像I/O工具提供的新编码解码器包括：
∙ 支持对位图（BMP）编码解码（MIME类型image/bmp）；
∙ 通过本机代码加速的JPEG的读写支持（MIME类型image/jpeg），同时也支持无损JPEG（ISO 10918-1）和JPEG-LS（ISO 14495-1），对支持的所有JPEG变体都能处理12位深；
∙ 支持对JPEG 2000的编码与解码（MIME类型image/jpeg2000）；
getsavefilename∙ 用本机代码提高对PNG的编码解码速度（MIME类型image/png）；
∙ 可 移植位图（PNM）编码解码器支持可移植位图（PBM）、可移植灰度位图（PGM）、可移植像素位图（PPM）（MIME类型分别为image/x- portable-anymap、image/x-portable-bitmap、image/x-portable-graymap、image/x -portable-pixmap）；
∙ 原始格式（无MIME类型）；
∙ 支持TIFF编码解码（MIME类型image/tiff）；
∙ 支持无线位图（WBMP）编码解码（MIME类型image/vnd.wap.wbmp）。
该 工具库还使得流插件可以与NIO库一起使用，详情参阅dia.imageio.stream包中的 FileChannelImageInputStream、FileChannelImageOutputStream和 RawImageInputStream。前两个分别以java.nio.channels.FileChannel作为输入和输出，最后一个供原始格式 解码器javax.imageio.ImageReader读取原始数据。同时该工具还支持JAI操作"ImageRead" 和"ImageWrite" ，这两个操作都包含在包内，分别对应于现有的JAI操作集{"Stream", "FileLoad", "URL"}和{"Encode", "FileStore"}。
安装Java高级图像处理图像I/O工具包1.0
要 使用Java高级图像处理图像I/O工具包，首先必须根据使用的操作系统平台从Early Access page for the RC下在适当的版本。支持的操作系统有Solaris SPARC、Solaris x86、Linux和Windows，大小也随着版本而异， Solaris SPARC版有5MB之多，而其他版本则只有1MB左右。下载页面的README-jai_imageio.html文件提供了有关的下载信息和安装说 明，同时还给出了所支持的编码解码插件的版本信息，比如BMP的编码解码器可以读取版本号从3到5的图像，但是只能写版本号3的图像。
安装后除了本机库之外还有三个JAR文件。如果安全设置禁止使用，这些本机库就不会发生作用，而回复到仅仅使用内建的纯Java版JPG和PNG格式的状态。
如 果是安装到Unix机器上，则需要把上述的三个JAR文件安装到jre/lib/ext目录下。对于Solaris-SPARC用户，需要把6个.so文 件复制到jre/lib/sparc目录中。Solaris-x86和Linux用户应把libclib_jiio.so文件复制到 jre/lib/i386中。
如果要安装到Microsoft Windows的机器上，同样需要把三个JAR文件复制到jre\lib\ext目录中，另外把clib_jiio.dll文件放到jre\bin下。
注意：上述目录都是相对于JRE的根目录而言的。
只要把这些文件放到了规定的位置，JAI图像I/O工具包就安装完成了。
Java高级图像处理图像I/O工具包1.0的用法
安 装Java高级图像处理图像I/O工具包并不改变图像I/O库的用法。正确编写的代码无需变更也能正常运行。可能唯一需要改变的就是新的图像格式使用何种 扩展名，你可以使用getWriterFormatNames之类的函数所返回的名称，也可以对各种格式进行硬编码。
为了说明已有的代码仍能工作，首先重新运行一遍前面的GetFormats程序，就可以看到对新的MIME类型的支持：
[pre]Readers: [image/png, image/x-portable-graymap,
mage/jpeg, image/jpeg2000, image/x-png,
mage/tiff, image/vnd.wap.wbmp, image/x-portable-pixmap,
mage/x-portable-bitmap, image/bmp, image/gif,
mage/x-portable-anymap, ]
Writers: [image/png, image/x-portable-graymap, image/jpeg,
mage/jpeg2000, image/x-png, image/tiff,
mage/vnd.wap.wbmp, image/x-portable-pixmap,
mage/x-portable-bitmap, image/bmp,
mage/x-portable-anymap, ][/pre]然后运行Converting程序，现在可以把图像转换成更多的格式。
尽 管对于默认的编码解码器而言，那些缺省的读写设置通常已经足够了，但是也许你希望改变新增编码解码器的设置。改变这些设置无需调用ImageIO的 read和write方法，而只要针对指定的MIME类型从ImageIO获得相应的ImageReader或ImageWriter对象，然后改变这些 对象的设置就可以了。一旦改变了默认的ImageReadParam或者ImageWriteParam，就可以返回去调用ImageIO的read和 Write方法。否则的话，就只能在ImageReader和ImageWriter中进行读写操作。比如，JPEG的ImageWriter会要求你通 知编码器生成优化的图像Huffman表。其它的编码解码器也会提供它们自己的相应设置。
结论
对Java 平台可用的扩展而言，Java高级图像处理图像I/O工具包1.0 RC是一个受欢迎的增强。一旦通过RC阶段，新增的图像格式支持将是对标准运行时环境的一个令人鼓舞的改进。库的内容分别放在几个 dia.imageio包内，有一些还是本机代码库。但是所有库的使用都通过J2SE 1.4引入的标准图像I/O框架。只需要把库添加到JRE中就可以使用它们了。

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